ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА

ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА


RU (11) 2253926 (13) C1

(51) 7 H01Q11/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003134841/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.12.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.12.03 
(45) Опубликовано: 2005.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: РОТХАММЕЛЬ К. Антенны. Т. 2. - Минск: Наш город, 2001, с.158-161. ОНИЩЕНКО И.П., Приемные антенны. - М.: ДОСААФ СССР, 1989, с.72-76. DE 2410498, 18.09.1975. RU 2103770 C1, 27.01.1998. RU 2157582 С1, 10.10.2000. RU 2079194 C1, 10.05.1997. 
(72) Автор(ы): Горбатый В.И. (RU); Оноприенко Б.С. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Локус НТЦ" (RU) 
Адрес для переписки: 111539, Москва, а/я 6, Патентное агентство "ВЦПУ", пат.пов. Н.Б. Белявской, рег.№ 351 

(54) ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА
Настоящее изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления и в расширении полосы рабочих частот, а также в сохранении величины коэффициента стоячей волны при сокращении габаритов и в обеспечении возможности подключения нагрузки несимметрично. Сущность изобретения состоит в том, что логопериодическая антенна содержит два антенных полуполотна, лежащие в плоскостях, расположенных параллельно друг другу и сформированных рядами вибраторов зубчатой формы. Дано соотношение величин углов между сторонами зубца вибраторов. На несущих трубчатых элементах в непосредственной близости от n-го вибратора установлена короткозамыкающая перемычка, а между n-м вибратором и короткозамыкающей перемычкой установлен по меньшей мере один рефлекторный вибратор, лежащий в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен. 8 з.п. ф-лы, 13 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Настоящее изобретение относится к радиотехнической промышленности, точнее к приемно-передающей антенной технике, а более конкретно к логопериодической антенне, предназначенной для приема сигналов в системах радиосвязи и телевидения.

Известна логопериодическая антенна (Онищенко И.П. “Приемные антенны”, 1989 г., Москва, Изд. ДОСААФ СССР, стр. 72-76), содержащая две периодические структуры, являющиеся антенными полуполотнами, которые размещены в двух плоскостях под острым углом относительно друг друга. Каждое из антенных полуполотен сформировано вибраторами различной длины от 1 min до 1 max, изменяющейся по логопериодическому закону, при этом вибратор, имеющий самую малую длину 1 min, обращен к источнику сигнала. Вибраторы имеют треугольную зубчатую форму, изготовлены из тонкостенных труб или из медной проволоки и привариваются или припаиваются к двум несущим трубчатым элементам, диаметр каждого из которых обычно равен 30-40 мм. Верхняя и нижняя структуры производятся одинаковыми и крепятся на деревянной мачте повернутыми на 180° одна относительно другой. Размеры вибраторов обычно выбираются в пределах 1 min = min/ 2 (около 300 мм), 1 max = mах/2 (около 1400 мм), где min, max - значения длины волны принимаемого сигнала на границах метрового ТВ диапазона. Эта логопериодическая антенна присоединяется с телевизору с помощью коаксиального кабеля, раположенного внутри нижнего несущего трубчатого элемента.

Известна логопериодическая антенна (Карл Ротхаммель “Антенны”, 2001, Минск, Изд.“ Наш город”, том 2, стр. 158 - 161), принятая за прототип предлагаемого изобретения, содержащая ряд вибраторов различной длины от 1 min < 1300 мм до 1 max < 6000 мм, каждый из которых выполнен, например, в виде проволочного каркаса, имеющего форму “меандра”. Вибратор может иметь треугольную зубчатую форму, а угол между сторонами зубца вибратора, одинаковыми по длине, равен . Соседние вибраторы в антенных полуполотнах этой логопериодической антенны соединены по концам между собой и закрепленены на двух несущих трубчатых элементах зубцами в разные стороны с возможностью формирования антенных полуполотен в двух плоскостях. При выполнении У-образной компоновки две структуры, то есть антенные полуполотна, сформированные несущими элементами с вибраторами, устанавливают в двух плоскостях, расположенных под углом раскрыва, обычно равным 45°, и закрепляют на деревянной мачте. К клеммам питания в вершине угла раскрыва подключен симметричный фидер, выполняющий функцию кабеля передачи сигнала. Антенные полуполотна изолируются между собой с помощью деревянной распорки, установленной между антенными полуполотнами в их средней части, и дополнительной распорки, установленной между самыми длинными вибраторами антенных полуполотен.

Однако описанная конструкция этой логопериодической антенны имеет симметричное входное сопротивление 100-120 Ом, поэтому для хорошего согласования с широко используемыми несимметричными кабелями требуется специальное симметрирующее устройство.

Каждое антенное полуполотно является самостоятельным конструктивным элементом, и для сборки антенны необходимо наличие дополнительных крепежных элементов к мачте, распорке, месту присоединения фидера.

Кроме того, несущие трубчатые элементы, на которых закрепляются полуполотна, изготовлены из изолятора, что противоречит обязательному требованию соединения всех элементов антенны с системой молниезащиты (ГОСТ Р 51269-99 “Антенны приемные телевизионного и звукового радиовещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ”.)

Угол раскрыва этой логопериодической антенны равен 45°, что делает антенну достаточно громоздкой, так, например, длина распорки, установленной между максимально длинными вибраторами антенных полуполотен, около 1800 мм, что создает трудности при установке и обслуживании антенны.

Сокращение угла раскрыва с целью сокращения габаритов этой известной логопериодической антенны приводит, однако, к уменьшению коэффициента усиления и снижению его равномерности в границах рабочего диапазона, но, несмотря на все описанные выше недостатки, следует заметить, что зубчатая конфигурация вибраторов минимизирует реактивную и нормализует активную составляющую волнового сопротивления во всей полосе рабочих частот, а это в свою очередь улучшает согласование элементов логопериодической антенны с кабелем (фидером) и повышает эффективность системы антенна-кабель. По этой причине авторы предлагаемого изобретения выбрали в качестве прототипа указанное выше техническое решение.

Следует заметить, что наиболее перспективным с точки зрения развития вещания является дециметровый волновой (ДМВ) диапазон, так как в нем еще существует свободное поле для передачи сигнала, но здесь происходит сильное затухание электромагнитной волны, а следовательно, сигнала. Вот поэтому именно в ДМВ диапазоне и проводятся основные теоретические исследования и осуществляются поиски необходимых технически решений.

В процессе создания предлагаемого изобретения его авторами были проведены теоретические исследования, сопровождаемые рассчетами на компьютере с помощью программы MMANA, на основании которых базировался сравнительный анализ двух вариантов виртуальных изменений габаритов и конструкций, необходимых для работы в ДМВ телевизионном (ТВ) диапазоне и относящихся, соответственно, к конструкции известной логопериодической антенны (прототипа) и к конструкции новой логопериодической антенны (предлагаемое изобретение. В первом варианте габариты конструкции прототипа теоретически были уменьшены до масштабов логопериодической антенны предлагаемого изобретения, работающей в ДМВ диапазоне, а во втором варианте, напротив, были теоретически увеличены габариты логопериодической антенны заявителей до масштабов логопериодической антенны-прототипа, которая работает в метровом волновом (MB) диапазоне, что проводилось с целью проверки возможности получения необходимых электрических параметров логопериодической антенны во всем рабочем диапазоне частот, включающем MB и ДМВ ТВ диапазоны.

В результате было установлено, что сокращение угла раскрыва, длины вибраторов и несущих трубчатых элементов у логопериодической антенны-прототипа с целью уменьшения ее габаритов приводит к ухудшению электрических параметров логопериодической антенны, а именно к уменьшению коэффициента усиления и снижению его равномерности в границах ДМВ диапазона, а также к уменьшению коэффициента защитного действия (КЗД) и к недопустимому (более 2) увеличению коэффициента стоячей волны (КСВ) в рабочем диапазоне частот.

В основу настоящего изобретения положена задача создания логопериодической антенны такой конструкции, которая позволяла бы повысить коэффициент усиления логопериодической антенны и коэффициент защитного действия при работе на стандартную нагрузку 50, 75 Ом, а также расширить полосу рабочих частот, сохранить прежнюю величину коэффициента стоячей волны (КСВ) при сокращении габаритов самой логопериодической антенны, уменьшении количества конструктивных элементов и обеспечении возможности подключения нагрузки несимметрично.

Поставленная задача решается тем, что в логопериодической антенне, предназначенной для приема сигналов, содержащей два антенных полуполотна, лежащих в двух плоскостях и сформированных рядами из n (n - натуральное целое число) вибраторов зубчатой формы, имеющих длину, увеличивающуюся по логопериодическому закону от первого вибратора длиной от 1 min до n-го вибратора длиной 1 max, закрепленных своими концами на несущих трубчатых элементах, в одном из которых размещен кабель передачи сигнала на приемник сигнала, причем угол между сторонами зубца каждого из вибраторов от второго до (n-1)-гo равен , согласно изобретению, антенные полуполотна лежат в параллельных плоскостях, угол ’ между сторонами зубца первого вибратора выбирают из соотношения ’=/2, угол ’’ между сторонами зубца n-го вибратора выбирают из соотношения ’’</2, причем на несущих трубчатых элементах в непосредственной близости от n-го вибратора установлена короткозамыкающая перемычка, со стороны источника сигнала в непосредственной близости от первого вибратора установлен защитный колпачок, а между n-м вибратором и короткозамыкающей перемычкой установлен по меньшей мере один рефлекторный вибратор, лежащий в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен.

Целесообразно, чтобы в логопериодической антенне, согласно изобретению, расстояние “а” между несущими трубчатыми элементами было бы выбрано из соотношения аb/2, где b - ширина несущего трубчатого элемента в поперечном сечении. 

Целесообразно также, чтобы в логопериодической антенне, согласно изобретению, со стороны источника сигнала на защитном колпачке были закреплены m основных директорных вибраторов (m - натуральное целое число), установленных симметрично относительно продольной оси несущих трубчатых элементов и образующих основное директорное антенное полотно, лежащее в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен.

Разумно, чтобы в логопериодической антенне, согласно изобретению, основное директорное антенное полотно было выполнено по меньшей мере из двух основных директорных вибраторов, а в теле защитного колпачка со стороны, обращенной к источнику сигнала, были выполнены пазы, расположенные один выше другого, в которых были бы установлены основные директорные вибраторы основного директорного антенного полотна.

Допустимо, чтобы в логопериодической антенне, согласно изобретению, было два опорных вибратора, установленных по концам директорных вибраторов под углом 90° к последним в плоскости основного директорного антенного полотна и соединенных с основными директорными вибраторами. 

Выгодно, чтобы в логопериодической антенне, согласно изобретению, было по меньшей мере одно начальное директорное антенное полотно, расположенное в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен, сформированное k начальными директорными вибраторами (k - натуральное целое число) и установленное перед основным директорным антенным полотном со стороны источника сигнала, причем начальные директорные вибраторы были бы установлены в пазах, выполненных в теле защитного колпачка со стороны источника сигнала, а основные директорные вибраторы - в пазах с противоположной стороны.

Весьма целесообразно, чтобы логопериодическая антенна, согласно изобретению, имела два рефлекторных вибратора, жестко закрепленных на несущих трубчатых элементах на противолежащих сторонах.

Допустимо также, чтобы логопериодическая антенна, согласно изобретению, имела два рефлекторных вибратора и два установочных вибратора, жестко соединенных с рефлекторными вибраторами и расположенных под углом 90° к последним в плоскости рефлекторого антенного полотна.

Весьма надежно, чтобы логопериодическая антенна, согласно изобретению, имела четыре рефлекторных вибратора, соединенных с установочными вибраторми и установленных на несущих трубчатых элементах попарно один выше другого со стороны первого и второго несущих трубчатых элементов соответственно в плоскости рефлекторного антенного полотна.

Предлагаемая полезная модель позволяет не только обеспечить высокие параметры по коэффициенту усиления, коэффициенту защитного действия (КЗД) при работе на стандартную нагрузку 50, 75 Ом, но и расширить полосу рабочих частот при сохранении коэффициента стоячей волны (КСВ) во всем рабочем диапазоне и добиться построения логопериодической антенны с конструкцией меньших габаритов, содержащей меньшее число конструктивных элементов. Так, например, в метровом (MB) диапазоне ТВ каналов коэффициент усиления предлагаемой логопериодической антенны превышает коэффициент усиления прототипа более чем на 0,5 дБ, снижается неравномерность коэффициента усиления в границах MB диапазона, а КЗД предлагаемой логопериодической антенны превышает КЗД прототипа более чем на 6 дБ, при этом КСВ составляет не более 1,7 (следует учитывать, что размеры логопериодической антенны, выполненной согласно предлагаемому изобретению, были пересчитаны для виртуального варианта предлагаемой логопериодической антенны, применяемой в диапазоне метровых волн (MB).

При проведении теоретических рассчетов и исследований было также установлено, что при теоретическом преобразовании логопериодической антенны-прототипа в виртуальный вариант для работы в диапазоне ДМВ телевизионного (ТВ) вещания предлагаемая логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, обеспечивает увеличение коэффициента усиления более чем на 2 дБ в высокочастотной части диапазона, КЗД более чем на 6 дБ (КЗД у логопериодической антенны- прототипа изменяется в пределах от 3 до 12 Дб, а в предлагаемой полезной модели от 11 до 20 Дб), при этом КСВ в предлагаемом изобретении во всем диапазоне меньше 2.

Кроме того, логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, представляет собой конструкцию, в которой все элементы, за исключением начального и основного директорных антенных полотен, закрепленных на защитном колпачке, соединены сваркой, крепление на мачте осуществляется единственной скобой. Сигнал снимается с несущих трубчатых элементов непосредственно на кабель передачи сигнала, проложенный в несущем трубчатом элементе, соединенном с оплеткой кабеля, а к скобе приваривается специальный болт для обязательного подключения к системе молниезащиты.

Таким образом, техническая задача, поставленная в основу изобретения, успешно и полностью решена.

Эти и другие цели и преимущества предлагаемого изобретения станут более понятны при рассмотрении подробного описания примеров его выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 представляет вариант выполнения логопериодической антенны с рефлекторным вибратором, согласно изобретению (изометрия);

фиг.2 - вариант выполнения логопериодической антенны с основным директорным полотном и одним рефлекторным вибратором, согласно изобретению (изометрия);

фиг.3 - еще один вариант выполнения логопериодической антенны с рефлекторным вибратором и основным директорным антенным полотном, сформированным двумя директорными вибраторами, по концам которых установлены два опорных вибратора, согласно изобретению (изометрия);

фиг.4 - следующий вариант выполнения логопериодической антенны с начальным и основным директорными антенными полотнами, согласно изобретению (изометрия);

фиг.5 - еще один вариант выполнения логопериодической антенны с начальным и основным директорными антенными полотнами и двумя рефлекторными вибраторами, соединенными по концам с установочными вибраторами, согласно изобретению (изометрия); 

фиг.6 - последующий вариант выполнения логопериодической антенны, у которой четыре рефлекторных вибратора совместно с установочными вибраторами выполнены в виде единой детали, представляющей собой рамку, согласно изобретению (изометрия);

фиг.7 - вариант выполнения логопериодической антенны, у которой имеется четыре начальных, четыре основных директорных вибратора и четыре рефлекторных вибратора, объединенных в рамки соответственно с опорными и с установочными вибраторами, согласно изобретению (изометрия);

фиг.8 - графики изменения коэффициента усиления в диапазоне ДМВ ( 21-60 каналы ТВ) для логопериодической антенны, выполненнной, согласно изобретению (пунктирная линия), и для логопериодической антенны-прототипа с учетом пересчета ее линейных размеров для диапазона ДМВ (сплошная линия), согласно настоящей полезной модели;

фиг.9 - графики изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) в диапазоне ДМВ для логопериодической антенны, выполненнной, согласно изобретению (пунктирная линия), и для логопериодической антенны-прототипа с учетом пересчета ее линейных размеров для диапазона ДМВ (сплошная линия);

Фиг.10 - графики изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) в диапазоне MB (1-12 каналы ТВ) для логопериодической антенны, выполненной, согласно изобретению, с учетом пересчета ее линейных размеров для MB-диапазона (пунктирная линия) и для логопериодической антенны-прототипа в том же MB-диапазоне (сплошная линия);

Фиг.11 - графики изменения коэффициента усиления для логопериодической антенны, выполненнной, согласно изобретению, с учетом пересчета ее линейных размеров для диапазона MB (пунктирная линия) и для логопериодической антенны-прототипа в диапазоне MB (сплошная линия);

Фиг.12 - графики изменения коэффициента защитного действия (КЗД) для диапазона ДМВ для логопериодической антенны, выполненной, согласно изобретению (пунктирная линия), и для логопериодической антенны-прототипа с учетом пересчета ее линейных размеров для диапазона ДМВ (сплошная линия);

Фиг.13 - графики изменения коэффициента защитного действия (КЗД) для логопериодической антенны, выполненной, согласно изобретению, с учетом пересчета ее линейных размеров для диапазона MB (пунктирная линия) и для логопериодической антенны-прототипа в диапазоне MB (сплошная линия).

Логопериодическая антенна, предназначенная для приема сигналов от источника сигнала, выполненная, согласно предлагаемому изобретению, и представленная на фиг.1, содержит два ряда из n вибраторов 11-1n и 21 - 2n, где n - натуральное целое число (в данном случае n=10), имеющих зубчатую форму и различную длину, изменяющуюся по логопериодическому закону и увеличивающуюся от каждого первого вибратора 11, 21 до каждого десятого вибратора 110 и 210. Вибраторы 11–1n, 21-2n имеют зубчатую форму и своими концами закреплены на несущих трубчатых элементах 3, 4 зубцами в противоположные стороны. Несущие трубчатые элементы 3, 4 расположены один над другим на расстоянии "а". Таким образом, вибраторы 11-1n и 2 1-2n формируют антенные полуполотна 5 и 6, лежащие во взаимно параллельных плоскостях Р, Q, при этом, как уже говорилось, несущие трубчатые элементы 3, 4 расположены один над другим на расстоянии “а”, которое выбрано из соотношения аb/2, где b - ширина несущего трубчатого элемента 3 или 4 в поперечном сечении. Антенные полуполотна 5, 6 расположены в направлении источника 7 сигнала, при этом первые вибраторы 11 и 21, имеющие самую малую длину, расположены со стороны источника 7 сигнала, а со стороны самых длинных вибраторов 1 10, 210 на несущих трубчатых элементах 3, 4 установлена короткозамыкающая перемычка 8, предназначенная для установки антенны на мачте посредством скобы 9 и для присоединения к системе молниезащиты (на фиг.1 на показана). В несущем трубчатом элементе 3 размещен кабель 10 передачи сигнала на приемник сигнала, например телевизор (на фиг.1 не показан), оплетка кабеля 10 соединяется с несущим трубчатым элементом 3 (на фиг.1 не заметно). Кабель 10 снабжен антенным штекером 11 для соединения с приемником. Заметим, что со стороны источника 7 сигнала на несущих трубчатых элементах 3, 4 в непосредственной близости от первого вибратора 21 установлен защитный колпачок 12, предназначенный для защиты от атмосферных и и механических воздействий в местах присоединения элементов антенны к кабелю 10 передачи сигнала, для сохранения положения антенных полуполотен 5, 6 и для установки основных и начальных директорных вибраторов, о чем будет сказано ниже.

Как уже говорилось выше, каждый из вибраторов 1 1-1n, 21-2n имеет зубчатую форму, при этом угол между сторонами зубца каждого вибратора от второго 12, 22 до (n-1)-го, соответственно до 19 и 29, равен . Угол ’ между сторонами зубца первого вибратора 11 и 2 1 выбирают из соотношения ’=/2, а угол ’’ между сторонами зубца n-го вибратора, то есть между сторонами зубца вибраторов 110, 210, выбирают из соотношения ’’</2. 

В предлагаемой логопериодической антенне дополнительно установлен по меньшей мере один рефлекторный вибратор 13, который лежит в рефлекторной плоскости R, ортогональной плоскостям Р, Q антенных полуполотен 5, 6. Рефлекторный вибратор 13 установлен перед короткозамыкающей перемычкой 8 по ходу сигнала, то есть между короткозамыкающей перемычкой 8 и n-м, то есть десятым, вибратором 110 на верхней стороне несущего трубчатого элемента 3.

Благодаря подобной конструкции обеспечивается улучшение согласования логопериодической антенны с кабелем 10 в длинноволновой части рабочего диапазона. Кроме того, повышаются коэффициент усиления и коэффициент защитного действия (КЗД), а коэффициент стоячей волны (КСВ) не превышает величины 2 (предельно допустимая величина) при работе на стандартную нагрузку, расширяется полоса рабочих частот ( см. ниже графики на фиг.8-13), уменьшается количество конструктивных элементов и обеспечивается возможность подключения нагрузки несимметрично.

На фиг.2 представлен вариант выполнения логопериодической антенны,в которой со стороны источника 7 сигнала на несущих трубчатых элементах 3, 4 в непосредственой близости от первого вибратора 11 установлен защитный колпачок 12, в котором имеются пазы 14, выполненные в теле защитного колпачка 12 на стороне, обращенной к источнику 7 сигнала. В пазах 14 жестко закреплены, например сваркой или пайкой, m (m - натуральное целое число) основных директорных вибраторов 15, установленных симметрично относительно продольной оси d несущих трубчатых элементов 3, 4 и образующих основное директорное антенное полотно 16, лежащее в плоскости F, ортогональной плоскостям Р, Q антенных полуполотен 5, 6. Как видно на фиг.2 основное директорное антенное полотно 16 образовано двумя основными директорными вибраторами 15, закрепленными в пазах 14, расположенных один выше другого. В предлагаемом варианте логопериодической антенны установлен также по меньшей мере один рефлекторный вибратор 13, выполненный аналогично варианту, представленному на фиг.1.

Описанное на фиг.2 выполнение логопериодической антенны позволяет улучшить согласование логопериодической антенны с кабелем 10 передачи сигнала также и в коротковолновой части рабочего диапазона и повысить коэффициент усиления и коэффициент защитного действия (КЗД).

На фиг.3 представлен случай, когда по концам основных директорных вибраторов 15 закреплены два опорных вибратора 17, установленных под углом 90° к основным директорным вибраторам 15 в плоскости F основного директорного антенного полотна 16 и соединенных с этими основными директорными вибраторами 15, что позволяет повысить жесткость конструкции основного директорного антенного полотна 16.

На фиг.3 более отчетливо видно расстояние “а” между трубчатыми несущими элементами 3, 4, которое определяется по соотношению аb/2, где b - ширина несущего трубчатого элемента 3 (или 4) в поперечном сечении.

Логопериодическая антенна, конструкция которой представлена на фиг.4, является новым оригинальным решением поставленной задачи. В данном случае в теле защитного колпачка 12 на его противолежащих сторонах выполнены дополнительные пазы 19, в которых установлены основные директорные вибраторы 15 основного директорного антенного полотна 16, а в пазах 14 перед основным директорным антенным полотном 16 установлено одно начальное директорное антенное полотно 20, сформированное начальными директорными вибраторами 21. Начальное директорное антенное полотно 20 установлено перед упомянутым выше основным директорным антенным полотном 16 на расстоянии “g”, определяемом из соотношения g<=0,2 min, и расположено в плоскости Н, ортогональной плоскостям Р, Q антенных полуполотен 5, 6. Особо следует заметить, что количество начальных директорных вибраторов 211-21k равно k (где k - натуральное целое число), в данном случае k=4, при этом два начальных вибратора 212, 213 расположены в пазах 14, а два других начальных вибратора 21 1, 214, лежащих в той же плоскости Н, расположены выше и ниже защитного колпачка 12 соответственно. В описываемом варианте имеется два дополнительных опорных вибратора 22, установленные на концах начальных директорных вибраторов 211-21 4.

Дополнительные опорные вибраторы 22 расположены в плоскости Н, в которой расположены и начальные директорные вибраторы 211, 214, которые крепятся только за счет дополнительных опорных вибраторов 22, так как последние выполнены как единое целое с начальными директорными вибраторами 212, 213 и формируют с ними рамку, охватывающую и два начальных директорных вибратора 211, 21 4. Подобным же образом выполнено и основное директорное антенное полотно 16, сформированное четырьмя основными директорными вибраторами 151-154 (m=4), из которых первые два закреплены в дополнительных пазах 19 в теле защитного колпачка 12 на его противолежащих сторонах и опираются на опорные вибраторы 17, а другие два основных директорных вибратора 151 , 154 расположены выше и ниже защитного колпачка 12 и держатся только за счет опорных вибраторов 17, формируя с последними общую рамку, охватывающую и основные директорные вибраторы 15 2, 153. Рефлекторный вибратор 13, установленный в логопериодической антенне, варианты выполнения которой представлены на фиг.3 и 4, расположен за последними, наиболее длинными выбраторами 110 и 210 перед короткозамыкающей перемычкой 8.

В логопериодической антенне, представленной на фиг.5, в отличие от варианта, представленного на фиг.4, установлено два рефлекторных вибратора 131, 132, лежащие в плоскости R, ортогональной плоскостям Р, Q антенных полуполотен 5, 6 (фиг.1), и установленные между короткозамыкающей перемычкой 8 и десятыми вибраторами 110, 210 на противолежащих сторонах трубчатых элементов 3, 4, имеющих, в данном случае, прямоугольное поперечное сечение, то есть на обращенной вверх стороне несущего трубчатого элемента 3 и

на обращенной вниз стороне несущего трубчатого элемента 4. В этой антенне имеется также два установочных вибратора 23, жестко соединенные с рефлекторными вибраторами 131, 132, установленные на их концах и расположенные под углом 90° к последним в плоскости R. Установочные вибраторы 23 обеспечивают жесткость и неподвижность конструкции, а также постоянство ортогонального положения плоскости R рефлекторных вибраторов 131, 132 относительно плоскостей Р, Н антенных полуполотен 5, 6, подобно опорным вибраторам 17 и дополнительным опорным вибраторам 22 для основного и начального директорных антенных полотен 16 и 20.

Логопериодическая антенна, представленная на фиг.6, отличается от описанной выше (фиг.5) тем, что здесь имеется четыре рефлекторных вибратора (131-134) (фиг.6), соединенные с установочными вибраторами 23 и установленные попарно один выше другого соответственно со стороны первого и второго несущих трубчатых элементов 3, 4, имеющих в данном случае также прямоугольное поперечное сечение. Рефлекторные вибраторы 132, 133 в совокупности с установочными вибраторами 23 образуют рамку, которая также лежит в плоскости R рефлекторного антенного полотна. Со стороны источника 7 сигнала на несущих трубчатых элементах 3, 4 установлен защитный колпачок 12, у которого на стороне, обращенной к источнику 7 сигнала, выполнены пазы 14, расположенные один над другим, как и на фиг.2, 3. Здесь также имеется четыре основных директорных вибратора 151-154, установленные в пазах 14 (вибраторы 152, 153) и попарно один выше другого (соответственно, вибраторы 151, 15 4), формирующие в совокупности с опорными вибраторами 17 рамку, лежащую в плоскости F основного директорного антенного полотна 16, расположенного ортогонально антенным полуполотнам 3, 4.

Вариант логопериодической антенны, представленный на фиг.7, объединяет конструктивные особенности фиг.5 и фиг.6. В данном случае имеется одно начальное директорное антенное полотно 20, состоящее их четырех начальных директорных вибраторов 21 1-214, объединенных совместно с дополнительными опорными вибраторами 22 в рамку. Начальное директорное антенное полотно 22 установлено на защитном колпачке 12 на расстоянии g перед основным директорным антенным полотном 16, состоящим из четырех основных директорных вибраторов 151-15 4, объединенных вместе с опорными вибраторами 17 в одну рамку. Между вибраторами 110, 210, установленными на несущих трубчатых элементах 3, 4 и короткозамыкающей перемычкой 8, установлено рефлекторное антенное полотно в плоскости R, состоящее из четырех рефлекторных вибраторов 131–134 и двух установочных вибраторов 23, которые объединяют их в общую рамку.

Представленные варианты логопериодической антенны, выполненной согласно предлагаемому изобретению, имеют следующие габариты: длина от передней части защитного колпачка 12 до скобы 9 равна 640 мм, ширина, измеренная вдоль сторон зубцов самых длинных вибраторов 110, 19 от угла ’’ до угла (фиг.1), равна 310 мм, высота несущих трубчатых элементов 3, 4 равна 40 мм, основное директорное антенное полотно 16 из четырех основных директорных вибраторов 151-154 имеет размеры 117×117 мм, начальное директорное антенное полотно 20 из четырех начальных директорных вибраторов 21 1-214 имеет размеры 60х80 мм, рефлекторное антенное полотно имеет размеры 300х90 мм. Вибраторы, несущие элементы с короткозамыкающей перемычкой 8 и скобой 9, изготовлены, в данном случае, из стали.

На фиг.8 представлены графики изменения коэффициента усиления для логопериодической антенны-прототипа, но с учетом пересчета ее линейных размеров для ДМВ-диапазона, то есть для виртуальной модели (сплошная линия), и для логопериодической антенны, выполненной, согласно изобретению, для диапазона ДМВ (пунктирная линия). Здесь по оси Х указаны значения частот f от 470000 МГц до 800000 МГц, по оси У - значения коэффициента усиления от 2,5 до 12,5 дБ.

Очевидно, что в диапазоне ДМВ коэффициент усиления логопериодической антенны, выполненной, согласно изобретению, при большей абсолютной величине (около 11,3 - у логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, и менее 11,0 - у логопериодической антенны-прототипа), имеет значительно меньшую неравномерность, заметную визуально, в отличие от логопериодической антенны-прототипа.

На фиг.9 представлен график изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) для диапазона ДМВ для логопериодической антенны-прототипа с учетом пересчета линейных размеров (сплошная линия) и для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению (пунктирная линия). Здесь по оси Х указаны значения частот f от 470000 МГц до 800000 МГц, по оси У - значения КСВ от 1,0 до 11,0. Очевидно, что в диапазоне ДМВ коэффициент стоячей волны (КСВ) логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, по абсолютному значению меньше, чем у логоперидической антенны-прототипа, и значительно меньше предельно допустимой величины 2, при этом визуально заметна значительно меньшая неравномерность КСВ, присущая логопериодической антенне, выполненной согласно изобретению.

На фиг.10 представлены графики изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, с учетом пересчета ее линейных размеров (виртуальная модель) в случае применения в метровых (MB) каналах 1-12 ТВ диапазона (пунктирная линия) и для прототипа (сплошная линия) в том же метровом (MB) диапазоне. Здесь по оси Х указана частота f от 48000 МГц до 230000 МГц, по оси Y - значения КСВ от 1,0 до 4.0. Очевидно, что логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, в метровом диапазоне, имеет КСВ меньший, чем логопериодическая антенна-прототип, при сохранении большей равномерности на протяжении практически всей полосы MB-диапазона.

На фиг.11 представлены графики изменения коэффициента усиления для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, но с прересчитанными для метрового (MB) диапазона размерами (виртуальная модель, пунктирная линия) и для логопериодической антенны-прототипа (сплошная линия) для того же MB-диапазона. Здесь по оси Х указаны частота f от 48000 МГц до 230000 МГц, по оси Y - значения коэффициента усиления от 4,0 дБ до 12,0 дБ.

На фиг.12 представлены графики изменения коэффициента защитного действия для ДМВ-диапазона для логопериодической антенны-прототипа с учетом пересчета ее линейных размеров (виртуальная модель, сплошная линия) и для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению (пунктирная линия). Здесь указаны по оси Х частота f от 470000 МГц до 800000 МГц, по оси Y - значения коэффициента защитного действия (КЗД) от 7,5 дБ до 22,5 дБ. Очевидно, значительное превышение по этому параметру, то есть КЗД, присущее логопериодической антенне, выполненной согласно настоящей полезной модели, по сравнению с логопериодической антенной-прототипом. 

На фиг.13 также представлены графики изменения коэффициента защитного действия (КЗД) в MB-диапазоне для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, но с учетом пересчета ее линейных размеров для MB-диапазона (пунктирная линия) и для логопериодической антенны-прототипа (сплошная линия). Здесь по оси Х указаны значения частоты f от 48000 МГц до 230000 МГц, а по оси Y - значения коэффициента защитного действия от 5,0 дБ до 25,0 дБ. Очевидно, что и в метровом (MB) диапазоне превышение по КЗД для логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, достигает величины от 5,0 дБ до 10,0 дБ по сравнению с логопериодической антенной-прототипом.

Логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, работает следующим образом. Плоская волна от источника сигнала по мере продвижения вдоль полотна антенны возбуждает в вибраторах, например в вибраторах 13, 23 токи. В зависимости от длины волны максимальные токи протекают в вибраторах 12, 14, 2 2, 24, длина которых наиболее близка к резонансной. По мере удаления от резонирующих токи в других вибраторах 1 5-110, 25-210 имеют все меньшую величину.

На верхних частотах рабочего диапазона (минимальная длина волны) величина тока в резонирующем 1 3 и ближайшем к нему вибраторах 12, 14 определяется еще и взаимодействием с пассивными вибраторами, расстояние до которых, их размеры, количество и конфигурация выбраны так, как описано в описании предлагаемого изобретения, чтобы получить максимально возможный коэффициент усиления антенны на этих частотах, наилучшие КЗД и КСВ. На нижних частотах рабочего диапазона (максимальная длина волны) зависимость параметров антенны аналогична описанным выше, но это происходит уже от взаимодействия с рефлекторными вибраторами 13. Возбуждаемые электромагнитной волной токи всех вибраторов, каждый со своей амплитудой и фазой, суммируются в несущих трубчатых элементах 3, 4 и поступают в кабель 10 передачи сигнала, оканчивающийся штеккером 11, соединяющимся с ТВ-приемником.

Работа логопериодической антенны, выполненной согласно фиг.2-7, во многом аналогична описанной выше, но в случае установки основных директорных вибраторов 151-15 4 основного директорного антенного полотна 16 (фиг.2, 3, 6), начальных директорных вибраторв 211-2l4 начального директорного антенного полотна 20 (фиг.4, 5, 7) в совокупности с рефлекторными вибраторами 131-13 2 волновое сопротивление логопериодической антенны приближается к волновому сопротивлению кабеля 10, в результате чего снижается КСВ (фиг.9, 10), а также увеличивается суммарное количество энергии, поступающей в кабель 10, что означает повышение коэффициента усиления (фиг.8, 11) и коэффициента защитного действия (фиг.12, 13) во всем частотном диапазоне.

Предлагаемое изобретение позволяет не только обеспечить высокие электрические параметры логопериодической антенны по коэффициенту усиления, коэффициенту защитного действия (КЗД) при условии снижения коэффициента стоячей волны (КСВ) во всем рабочем диапазоне, но и добиться построения логопериодической антенны с конструкцией меньших размеров. Так, например, в MB-диапазоне ТВ-каналов коэффициент усиления предлагаемой логопериодической антенны превышает коэффициент усиления прототипа более чем на 0,5 дБ, снижается неравномерность коэффициента усиления в границах MB-диапазона, а КЗД предлагаемой логопериодической антенны превышает КЗД прототипа более чем на 6 Дб, при этом КСВ составляет не более 1,7 (следует учитывать, что линейные размеры логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, были пересчитаны для виртуального варианта логопериодической антенны метрового (MB) диапазона.

При работе в диапазоне дециметровых волн (ДМВ) ТВ вещания описываемая логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, обеспечивает увеличение коэффициента усиления более чем на 3 дБ в высокочастотной полосе диапазона, КЗД более чем на 7 дБ, при этом КСВ логопериодической антенны, выполненной согласно изобретению, во всем ДМВ-диапазоне меньше 2.

Кроме того, логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретению, представляет собой конструкцию, в которой все элементы, за исключнием начального и основного директорных антенных полотен 20 и 16, закрепленных на защитном колпачке 12, соединены сваркой, кроме крепления на мачте, которое осуществляется единственной скобой 9. Сигнал снимается с несущих трубчатых элементов 3, 4 непосредственно на кабель 10 передачи сигнала, проложенный в несущем трубчатом элементе 3, соединенном с оплеткой кабеля 10, а к скобе 9 приваривается специальный болт для обязательного подключения к системе молниезащиты, что является дополнительным положительным эффектом.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет полностью решить поставленную техническую задачу. 

Логопериодическая антенна, выполненная согласно изобретения, предназначена для применения в качестве индивидуальной приемной телевизионной антенны и может быть изготовлена на серийном стандартном оборудовании на различных предприятиях радиопромышленности.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Логопериодическая антенна, предназначенная для приема сигналов, содержащая два антенных полуполотна, лежащие в двух плоскостях и сформированные рядами из n, где n - натуральное целое число, вибраторов зубчатой формы, имеющих длину, увеличивающуюся по логопериодическому закону от первого вибратора длиной от l min до n-го вибратора длиной l max, закрепленных своими концами на несущих трубчатых элементах, в одном из которых размещен кабель передачи сигнала на приемник сигнала, причем угол между сторонами зубца каждого из вибраторов от второго до (n-1)-го равен , отличающаяся тем, что антенные полуполотна лежат во взаимно параллельных плоскостях, угол ' между сторонами зубца первого вибратора выбирают из соотношения '=/2, угол " между сторонами зубца n-го вибратора выбирают из соотношения "</2, причем на несущих трубчатых элементах в непосредственной близости от n-го вибратора установлена короткозамыкающая перемычка, со стороны источника сигнала в непосредственной близости от первого вибратора установлен защитный колпачок, а между n-ым вибратором и короткозамыкающей перемычкой установлен по меньшей мере один рефлекторный вибратор, лежащий в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен.

2. Логопериодическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что расстояние а между несущими трубчатыми элементами выбрано из соотношения аb/2, где b - ширина несущего трубчатого элемента в поперечном сечении. 

3. Логопериодическая антенна по п.2, отличающаяся тем, что со стороны источника сигнала на защитном колпачке закреплены m основных директорных вибраторов, где m - натуральное целое число, установленных симметрично относительно продольной оси несущих трубчатых элементов и образующих основное директорное антенное полотно, лежащее в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен.

4. Логопериодическая антенна по п.3, отличающаяся тем, что основное директорное антенное полотно выполнено по меньшей мере из двух основных директорных вибраторов, а в теле защитного колпачка со стороны, обращенной к источнику сигнала, выполнены пазы, расположенные один выше другого, в которых установлены основные директорные вибраторы основного директорного антенного полотна.

5. Логопериодическая антенна по п.4, отличающаяся тем, что в ней имеются два опорных вибратора, установленные по концам основных директорных вибраторов под углом 90° к последним в плоскости основного директорного антенного полотна и соединенные с основными директорными вибраторами.

6. Логопериодическая антенна по п.3, отличающаяся тем, что в ней имеется по меньшей мере одно начальное директорное антенное полотно, расположенное в плоскости, ортогональной плоскостям антенных полуполотен, сформированное k начальными директорными вибраторами, где k - натуральное целое число, и установленное перед основным директорным антенным полотном со стороны источника сигнала, причем начальные директорные вибраторы установлены в пазах, выполненных в теле защитного колпачка со стороны источника сигнала и расположенных один выше другого, а основные директорные вибраторы основного директорного антенного полотна установлены в дополнительных пазах защитного колпачка, выполненных в теле защитного колпачка на его противолежащих сторонах. 

7. Логопериодическая антенна по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в ней имеются два рефлекторных вибратора, жестко закрепленные на несущих трубчатых элементах на противолежащих сторонах.

8. Логопериодическая антенна по п.7, отличающаяся тем, что в ней имеются два рефлекторных вибратора и два установочных вибратора, жестко соединенные с рефлекторными вибраторами и расположенные под углом 90° к последним в плоскости рефлекторного антенного полотна.

9. Логопериодическая антенна по п.8, отличающаяся тем, что в ней имеются четыре рефлекторных вибратора, соединенные с установочными вибраторами и установленные на несущих трубчатых элементах попарно один выше другого со стороны первого и второго несущих трубчатых элементов соответственно в плоскости рефлекторного антенного полотна.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru